JP6668321B2 - Error compensation apparatus and method - Google Patents

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Description

本発明は一種の誤差補償装置に関するもので、特に一種の予め係数を構築するモジュールを通し、異なる切削条件でも応用可能な誤差補償装置を指す。   The present invention relates to a type of error compensating device, and more particularly to an error compensating device that can be applied under different cutting conditions through a type of module for constructing coefficients in advance.

第三次工業革命以来、PLCのロボットアームとロボットは工業生産分野において重要な地位を占め始めた。特に精密加工やIT産業に広く汎用されるロボットアームは、そのポジショニングの正確度が極めて重要となっている。   Since the Third Industrial Revolution, PLC robot arms and robots have begun to occupy an important position in industrial production. In particular, for robot arms widely used in precision machining and the IT industry, the positioning accuracy is extremely important.

ロボットアームにとって、ポジショニングの困難な点は様々な避けられない誤差を克服する必要があるところで、大まかに二種類に分けられる:一つが幾何学的誤差で、例えばロボットアームの各連桿のパラメータ誤差、その参考座標と実際の空間座標系との誤差、或いはロボットアームの各関節の軸線の平行度の誤差がある。二つ目が非幾何学的誤差である。その内で最も顕著なのが熱誤差で、次がギアを組み合わせる際に生じるバックラッシュ誤差、或いは関節、連桿の外部からの力或いは自体の重量による変形誤差がある。   For a robot arm, the difficulties in positioning are where the need to overcome various inevitable errors can be broadly divided into two types: geometrical errors, such as parameter errors for each rod of the robot arm. , There is an error between the reference coordinates and the actual spatial coordinate system, or an error in the parallelism of the axis of each joint of the robot arm. The second is non-geometric error. Among them, the most prominent is a thermal error, and the next is a backlash error generated when combining gears, or a deformation error due to external force of a joint or a connecting rod or its own weight.

上述の誤差は総合的にロボットアーム上に現れるため、様々な誤差原因に対して逐一対応する誤差補償モジュールを構築することは難しい。たとえ誤差補償モジュールを構築したとしても、ロボットアームの各部品に個体誤差が存在したり、或いは組立時に生じた誤差もそれぞれ異なるため、往々にして誤差補償モジュールが適用出来なくなる。そのことが誤差の補償校正作業を異常に困難にしている。   Since the above-mentioned errors appear on the robot arm as a whole, it is difficult to construct an error compensation module that can deal with various error sources one by one. Even if an error compensation module is constructed, there are individual errors in each part of the robot arm, or errors generated during assembly are different from each other, so that the error compensation module often cannot be applied. This makes the error compensation calibration work unusually difficult.

そのため、現有技術の不足部分を克服すべく、本発明は変形しないスペックルのオブジェクト表面における位置移動量を利用して絶対誤差を定義し、その誤差に基づいて補償作業を行なう一種の誤差補償装置および方法を提出する。   Therefore, in order to overcome the deficiency of the existing technology, the present invention defines an absolute error using the amount of position movement of an undeformed speckle on the object surface, and performs a compensation operation based on the error. And how to submit.

本発明の一つの実施方法に基づき、一種の誤差補償装置を提供する。一つのオブジェクトの位置移動の誤差を検測ならびに補償するもので、誤差補償装置には少なくとも一つのカメラモジュール、一つの照合モジュールおよび一つの校正補償モジュールが含まれる。カメラモジュールは前述のオブジェクトに対する一つの空間座標系を構築し、且つカメラモジュールは第一カメラ装置および第二カメラ装置を含む。第一カメラ装置は前述オブジェクトの第一表面に対応し、且つ第一表面上の複数第一非変形なスペックル画像を撮影する。第二カメラ装置は前述オブジェクトの第二表面に対応し、且つ第二表面上の複数第二非変形なスペックル画像を撮影する。その内の第一表面と第二表面はオブジェクトに対して一方位角さがある。照合モジュールはそれぞれ第一表面と第二表面の位置移動前後の二つの第一非変形なスペックル画像および二つの第二非変形なスペックル画像を照合し、且つそれに基づいて第一表面および第二表面の前述の空間座標系における位置移動量を計算する。校正補償モジュールは前述オブジェクトに連接し、且つ照合モジュールが第一表面および第二表面の位置移動量を受信した後、その二つの位置移動量に基づいてオブジェクトの移動を制御する。   According to one embodiment of the present invention, a kind of error compensating device is provided. The error compensating device includes at least one camera module, one matching module, and one calibration compensation module. The camera module constructs one spatial coordinate system for the aforementioned objects, and the camera module includes a first camera device and a second camera device. The first camera device captures a plurality of first non-deformed speckle images corresponding to the first surface of the object and on the first surface. The second camera device captures a plurality of second non-deformed speckle images corresponding to the second surface of the object and on the second surface. The first and second surfaces are one-sided with respect to the object. The matching module matches the two first non-deformed speckle images and the two second non-deformed speckle images before and after the position movement of the first surface and the second surface, respectively, and based on the first surface and the second surface. The position movement amount of the two surfaces in the space coordinate system is calculated. The calibration compensation module is connected to the object, and controls the movement of the object based on the two movement amounts after the matching module receives the movement amount of the first surface and the second surface.

これにより、本実施方法は第一表面および第二表面の位置移動前後に撮影された非変形なスペックル画像の照合を通して、オブジェクト表面上の如何なる一点の移動距離と方向を求めることが可能である。また、スペックルの位置移動量は既に全ての誤差の総合的な表現結果であるため、再度各種誤差原因に対して補償モジュールを構築する必要はなく、よりスピーディー、かつ精確な誤差補償効果を持つ。   Accordingly, the method of the present embodiment can determine the movement distance and direction of any one point on the object surface through the collation of non-deformed speckle images photographed before and after the position movement of the first surface and the second surface. . In addition, since the position shift amount of the speckle is already a comprehensive expression result of all errors, it is not necessary to construct a compensation module again for various error causes, and has a faster and more accurate error compensation effect. .

一つの実施例において、前述の空間座標系は直角座標系或いは円柱座標系とすることが可能。   In one embodiment, the spatial coordinate system may be a rectangular coordinate system or a cylindrical coordinate system.

一つの実施例において、前述の位置移動量は長さ或いは角度とすることが可能。   In one embodiment, the position shift amount can be a length or an angle.

一つの実施例において、前述の方位角は90度とすることが可能。   In one embodiment, the azimuth may be 90 degrees.

一つの実施例において、前述のオブジェクトは一つのロボットアーム上に設置することが可能。   In one embodiment, the above objects can be placed on one robot arm.

一つの実施例において、前述のオブジェクトは不変鋼(Invariable Steel)(インバー(登録商標))或いはゼロ膨張ガラスセラミック材質とすることが可能。 In one embodiment, the object may be Invariable Steel (Invar® ) or a zero-expansion glass-ceramic material.

一つの実施例において、前述の第一表面および第二表面の位置移動量は絶対誤差値の和(Sum of Absolute Differences,SAD)、二乗誤差(Sum of Squared Differences,SSD)、頑健な特徴量の高速化(Speeded Up Robust Features,SURF)、スケール不変の特徴変換(Scale Invariant Feature Transform, SIFT)、或いは正規化相互相関(Normalized Cross Correlation, NCC)によって計算する。   In one embodiment, the position shift amount of the first surface and the second surface is a sum of absolute error values (Sum of Absolute Differences, SAD), a square error (Sum of Squared Differences, SSD), and a robust feature amount. The calculation is performed by speeding up (Robust Features, SURF), scale-invariant feature transform (SIFT), or normalized cross-correlation (NCC).

一つの実施例において、前述のカメラモジュールの数は二つであり、且つ二つの該当カメラモジュールはそれぞれ対応するオブジェクトの両側に位置する。   In one embodiment, the number of the camera modules is two, and the two corresponding camera modules are located on both sides of the corresponding object.

上述の実施例により、本発明は直角座標或いは円柱座標の誤差補償作業に応用することが可能で、且つ二つのカメラ装置は異なる方位角から撮影を行なうため、オブジェクトの三次元における全ての方向位置移動を精確に計算することが可能である。また、不変鋼(Invariable Steel)(インバー(登録商標))或いはゼロ膨張ガラスの使用により誤差補償装置を校正状態に維持することが可能で、カメラモジュールが自体の位置移動により撮影する非変形なスペックル画像と実際の位置が対応しない問題も避けられる。 According to the above-described embodiment, the present invention can be applied to the task of compensating for errors in rectangular coordinates or cylindrical coordinates, and the two camera devices take pictures from different azimuth angles, so that the object can be photographed in all three-dimensional directions. The movement can be calculated accurately. In addition, the use of Invariable Steel (Invar® ) or zero-expansion glass allows the error compensator to be maintained in a calibrated state, and a non-deformable spec that the camera module captures by moving its own position. The problem that the actual image does not correspond to the actual image can be avoided.

本発明のもう一つの実施方法に基づき、一種の誤差補償方法を提供する。以下のステップを含む:第一カメラ装置および第二カメラ装置を含む少なくとも一つのカメラモジュールを提供。カメラモジュールのオブジェクトに対する一つの空間座標系を構築。第一カメラ装置を操作して前述のオブジェクトの一つの第一表面上の複数第一非変形なスペックル画像を撮影。第二カメラ装置を操作して前述のオブジェクトの一つの第二表面上の複数第二非変形なスペックル画像を撮影、第一表面と第二表面は前述のオブジェクトに対して一方位角の差がある。第一表面と第二表面の位置移動前後における二つの第一非変形なスペックル画像および二つの第二非変形なスペックル画像を照合。二つの第一非変形なスペックル画像および二つの第二非変形なスペックル画像に基づき第一表面および第二表面の空間座標系における位置移動量を計算。前述の位置移動量に基づきオブジェクトの移動を制御。   According to another embodiment of the present invention, there is provided a kind of error compensation method. The method includes: providing at least one camera module including a first camera device and a second camera device. Construct one spatial coordinate system for camera module objects. The first camera device is operated to capture a plurality of first non-deformed speckle images on the first surface of one of the aforementioned objects. Operate the second camera device to take a plurality of second non-deformed speckle images on the second surface of one of the aforementioned objects, wherein the first surface and the second surface have one-sided difference with respect to the aforementioned objects. There is. The two first non-deformed speckle images and the two second non-deformed speckle images are compared before and after the first surface and the second surface are moved. Calculating the position movement amount of the first surface and the second surface in the spatial coordinate system based on the two first non-deformed speckle images and the two second non-deformed speckle images. The movement of the object is controlled based on the position movement amount described above.

前述の誤差補償方法により、本発明はカメラ装置を通して非変形なスペックル画像を撮影し、その後オブジェクトの移動前後に撮影された非変形なスペックル画像を照合することで、オブジェクト上のいずれの表面、いずれの位置における移動量でも素早く求めることが可能となり、さらにその移動量を直接誤差の補償に応用することが可能である。そのため、本実施方法が採用する誤差補償方法は様々な誤差原因に対して逐一校正する必要が無く、撮影位置の位置移動量を直接計算することで、誤差補償をより精確かつ効率的にしている。   According to the above-described error compensation method, the present invention captures an undeformed speckle image through a camera device, and then compares the non-deformed speckle image taken before and after the movement of the object, thereby obtaining any surface on the object. , The amount of movement at any position can be quickly obtained, and the amount of movement can be directly applied to error compensation. Therefore, the error compensation method employed in the present embodiment does not need to be calibrated for various error causes one by one, and directly calculates the position movement amount of the photographing position, thereby making the error compensation more accurate and efficient. .

一つの実施例において、前述の空間座標系は直角座標系或いは円柱座標系とすることが可能。   In one embodiment, the spatial coordinate system may be a rectangular coordinate system or a cylindrical coordinate system.

一つの実施例において、前述の位置移動量は長さ或いは角度とすることが可能。   In one embodiment, the position shift amount can be a length or an angle.

一つの実施例において、前述の方位角は90度とすることが可能。   In one embodiment, the azimuth may be 90 degrees.

一つの実施例において、前述の誤差補償方法は以下を含むことが可能:前述のオブジェクトを一つのロボットアーム上に設置する。   In one embodiment, the error compensation method described above can include: placing the object on one robot arm.

一つの実施例において、前述のオブジェクトは不変鋼(Invariable Steel)(インバー(登録商標))或いはゼロ膨張ガラスセラミック材質とすることが可能。 In one embodiment, the object may be Invariable Steel (Invar® ) or a zero-expansion glass-ceramic material.

一つの実施例において、前述の第一表面および第二表面の位置移動量は絶対誤差値の和(Sum of Absolute Differences,SAD)、二乗誤差(Sum of Squared Differences,SSD)、頑健な特徴量の高速化(Speeded Up Robust Features,SURF)、スケール不変の特徴変換(Scale Invariant Feature Transform, SIFT)、或いは正規化相互相関(Normalized Cross Correlation, NCC)によって計算する。   In one embodiment, the position shift amount of the first surface and the second surface is a sum of absolute error values (Sum of Absolute Differences, SAD), a square error (Sum of Squared Differences, SSD), and a robust feature amount. The calculation is performed by speeding up (Robust Features, SURF), scale-invariant feature transform (SIFT), or normalized cross-correlation (NCC).

一つの実施例において、前述のカメラモジュールの数は二つであり、且つ二つの該当カメラモジュールはそれぞれ対応するオブジェクトの両側に位置する。   In one embodiment, the number of the camera modules is two, and the two corresponding camera modules are located on both sides of the corresponding object.

本発明の一つの実施方法である誤差補償装置の構造ブロック図である。FIG. 2 is a structural block diagram of an error compensating device according to one embodiment of the present invention. 図1の誤差補償装置のカメラモジュールの直角座標系におけるイメージ図である。FIG. 2 is an image diagram of a camera module of the error compensating device of FIG. 1 in a rectangular coordinate system. 図2Aの誤差補償装置の非変形なスペックル画像の位置移動イメージ図である。FIG. 2B is an image diagram of a position movement of a non-deformed speckle image of the error compensating device of FIG. 図1の誤差補償装置のカメラモジュールの円柱座標系におけるイメージ図である。FIG. 2 is an image diagram of a camera module of the error compensating device in FIG. 1 in a cylindrical coordinate system. 図3Aの誤差補償装置の非変形なスペックル画像の位置移動イメージ図である。FIG. 3B is an image diagram showing a position movement of a non-deformed speckle image of the error compensating apparatus of FIG. 図1の誤差補償装置をロボットアームに応用した際のイメージ図である。FIG. 2 is an image diagram when the error compensation device of FIG. 1 is applied to a robot arm. 本発明のもう一つの実施方法である誤差補償方法のステッププロセス図である。FIG. 4 is a step process diagram of an error compensation method as another embodiment of the present invention.

本発明の目的、特徴および効果を充分に理解するため、下記の具体的な実施例を通し、添付する図面と合わせて、本発明に対して詳しく説明する。説明は以下の通り:
図1、図2A、図2Bと併せてご参照頂きたい。本実施方法の誤差補償装置100は一つのオブジェクトOの位置移動誤差の検測ならびに補償のために使用し、且つ誤差補償装置100は少なくとも一つのカメラモジュール200、一つの照合モジュール300および一つの校正補償モジュール400を含む。カメラモジュール200は前述のオブジェクトOに対する一つの空間座標系を構築し、且つカメラモジュール200は一つの第一カメラ装置210および一つの第二カメラ装置220を含む。図2Aと図2Bが示している通り、第一カメラ装置210は前述のオブジェクトOの第一表面E1に対応し、且つ第一表面E1上の複数第一非変形なスペックル画像P1、P1'を撮影する。具体的に説明すると、前述のオブジェクトOが移動する時、第一カメラ装置210が対応する第一表面E1の位置は変わるため、第一カメラ装置210が撮影する第一非変形なスペックル画像P1もP1'に位置が変化する。そのため前述の複数第一非変形なスペックル画像P1、P1'は、オブジェクトOが移動する時、第一カメラ装置210が第一表面E1上の各位置に対して撮影した画像の集合を意味する。同様に、第二カメラ装置220はオブジェクトOの第二表面E2に対応し、且つ第二表面E2上の複数第二非変形なスペックル画像P2、P2'を撮影する。その内、第一表面E1と第二表面E2はオブジェクトOに対して一方位角の差がある。前述の第一表面E1と第二表面E2の位置移動時において、照合モジュール300は位置移動前後の二つの第一非変形なスペックル画像P1、P1’および二つの第二非変形なスペックル画像をそれぞれ照合し、それにより第一表面E1および第二表面E2の前述空間座標系における位置移動量dを計算する。
In order to fully understand the objects, features and effects of the present invention, the present invention will be described in detail with reference to the following specific examples and the accompanying drawings. The description is as follows:
Please refer to FIG. 1, FIG. 2A and FIG. 2B. The error compensating device 100 of the present embodiment is used for detecting and compensating for a position movement error of one object O, and the error compensating device 100 includes at least one camera module 200, one matching module 300, and one calibration. A compensation module 400 is included. The camera module 200 constructs one spatial coordinate system for the aforementioned object O, and the camera module 200 includes one first camera device 210 and one second camera device 220. As shown in FIGS. 2A and 2B, the first camera device 210 corresponds to the first surface E1 of the above-described object O, and the plurality of first non-deformed speckle images P1, P1 ′ on the first surface E1. To shoot. More specifically, when the above-described object O moves, the position of the first surface E1 corresponding to the first camera device 210 changes, and thus the first non-deformed speckle image P1 captured by the first camera device 210. Also changes its position to P1 '. Therefore, the above-mentioned plurality of first non-deformed speckle images P1 and P1 ′ mean a set of images captured by the first camera device 210 for each position on the first surface E1 when the object O moves. . Similarly, the second camera device 220 captures a plurality of second non-deformed speckle images P2 and P2 ′ corresponding to the second surface E2 of the object O and on the second surface E2. Among them, the first surface E1 and the second surface E2 have a difference in one-sided angle with respect to the object O. When the position of the first surface E1 and the second surface E2 is moved, the collation module 300 performs two first non-deformed speckle images P1 and P1 ′ before and after the position movement and two second non-deformed speckle images. , Respectively, thereby calculating the position movement amount d of the first surface E1 and the second surface E2 in the aforementioned spatial coordinate system.

本実施方法の中で、前述の非変形なスペックル画像はコヒーレンス光源を使ってオブジェクトOの表面を照射してから、オブジェクトO表面の模様から射出される光線を取得して形成される。ミクロ的視点の条件において、オブジェクトO表面上のいずれの2点で撮影された模様は完全に一致することはあり得ない。故に、事前に撮影した第一表面E1と第二表面E2上の各位置の模様画像により、各画像および位置のデータベースを作成して、後続の誤差補償作業に応用する。例を挙げると、第一カメラ装置210がオブジェクトOの移動前後にそれぞれ第一表面E1上の二つの位置を撮影し、照合モジュール300が二つの第一非変形なスペックル画像P1、P1'をデータベースと照合すると、素早く二つの第一非変形なスペックル画像P1、P1'の第一表面E1上における位置を見つけ出し、第一表面E1の位置移動量dを算出することが可能である。   In the present embodiment, the non-deformed speckle image is formed by irradiating the surface of the object O with a coherence light source and acquiring light rays emitted from a pattern on the surface of the object O. Under the condition of the microscopic viewpoint, the patterns captured at any two points on the surface of the object O cannot completely match. Therefore, a database of each image and position is created based on the pattern images of each position on the first surface E1 and the second surface E2 taken in advance, and is applied to the subsequent error compensation work. For example, the first camera device 210 captures two positions on the first surface E1 before and after the movement of the object O, and the matching module 300 generates two first non-deformed speckle images P1 and P1 ′. By collating with the database, it is possible to quickly find the positions of the two first non-deformed speckle images P1 and P1 ′ on the first surface E1, and calculate the position movement amount d of the first surface E1.

本実施方法で述べる位置移動量dは絶対誤差値の和(Sum of Absolute Differences,SAD)、二乗誤差(Sum of Squared Differences,SSD)、頑健な特徴量の高速化(Speeded Up Robust Features,SURF)、スケール不変の特徴変換(Scale Invariant Feature Transform, SIFT)、或いは正規化相互相関(Normalized Cross Correlation, NCC)によって算出することが可能だが、これらに限らない。   The position movement amount d described in this embodiment method is a sum of absolute error values (Sum of Absolute Differences, SAD), a square error (Sum of Squared Differences, SSD), and a robust feature amount (Speeded Up Robust Features, SURF). , Can be calculated by Scale Invariant Feature Transform (SIFT) or Normalized Cross Correlation (NCC), but is not limited thereto.

上述の方法を使って移動前後の非変形なスペックル画像の位置を取得し、校正補償モジュール400は前述の位置移動量dを受信して誤差補償作業を行なう。詳しく言うと、全ての誤差補償作業は順運動学(forward kinematics)及び逆運動学(inverse kinematics)を利用して繰り返し誤差を修正しており、順運動学はオブジェクトOの移動量、回転量或いはその他原因による位置移動に基づいてオブジェクトO表面上のいずれの一点の最終位置を計算する。逆運動学はオブジェクトO表面上のいずれの一点の現在位置と次の目標位置に基づいてオブジェクトOの移動方法を決定する。本実施方法の中で、校正補償モジュール400はオブジェクトOと連接しており、誤差が生じた時、校正補償モジュール400はまず前述の位置移動量dに基づき、逆運動学を利用して当位置移動量dを修正する移動パラメータを算出(例:線形移動量、回転量)し、次にオブジェクトOを目標位置へ移動させる。第一表面E1或いは第二表面E2が新たな位置に到達したら、照合モジュール300が新たな位置と目標位置との差異を照合し、順運動学を利用して前述の移動パラメータを調整する。そして再度新たな位置と目標位置の非変形なスペックル画像の位置移動量dを照合し、それに基づいて校正補償モジュール400は引き続き誤差を補償する。   Using the method described above, the position of the undeformed speckle image before and after the movement is acquired, and the calibration compensation module 400 receives the above-described position movement amount d and performs an error compensation operation. More specifically, all the error compensation operations use forward kinematics and inverse kinematics to correct errors repeatedly, and the forward kinematics calculates the amount of movement, rotation, or The final position of any one point on the surface of the object O is calculated based on the position movement due to other causes. Inverse kinematics determines the movement method of the object O based on the current position of any one point on the surface of the object O and the next target position. In the present embodiment, the calibration compensation module 400 is connected to the object O, and when an error occurs, the calibration compensation module 400 first uses the inverse kinematics to calculate the position based on the position movement amount d. A movement parameter for correcting the movement amount d is calculated (for example, a linear movement amount and a rotation amount), and then the object O is moved to the target position. When the first surface E1 or the second surface E2 reaches the new position, the matching module 300 checks the difference between the new position and the target position, and adjusts the above-described movement parameter using forward kinematics. Then, the new position is compared again with the position movement amount d of the non-deformed speckle image at the target position, and based on that, the calibration compensation module 400 continuously compensates for the error.

引き続き図3Aと図3Bをご参照頂きたい。その他実施例において、カメラモジュール200が応用可能なオブジェクトOは平坦な表面に限らない。例えばオブジェクトOは円柱型或いはその他不規則な形状であっても良く、前述の空間座標系は直角座標系(ΔX、ΔY、ΔZ)、円柱座標系(Δr、Δθ、Δh)或いはその他座標系であっても良い。同様に、前述の位置移動量dも長さに限らず、角度であっても良い。   Please refer to FIG. 3A and FIG. 3B. In other embodiments, the object O to which the camera module 200 can be applied is not limited to a flat surface. For example, the object O may have a cylindrical or other irregular shape, and the spatial coordinate system may be a rectangular coordinate system (ΔX, ΔY, ΔZ), a cylindrical coordinate system (Δr, Δθ, Δh) or another coordinate system. There may be. Similarly, the position movement amount d is not limited to the length, but may be an angle.

図2Bおよび図3Bで示している通り、前述の第一表面E1および第二表面E2の方位角の差は90度とすることが可能。図2Bを例に挙げると、撮影方向に制限され、第一カメラ装置210は第一非変形なスペックル画像のZ方向における位置移動量dを撮影することが難しく、第二カメラ装置220は第二非変形なスペックル画像のX方向における位置移動量dを撮影することが難しい。故に、第一表面E1および第二表面E2の方位角の差により本実施方法は異なる方向からオブジェクトOの位置移動量dを求めることが可能である。特に説明すべき点は、90度の方位角は座標系の各軸方向の位置移動量dを求めるためのもので、オブジェクトOの表面が不規則である場合(例えばオブジェクトOがロボットアームMである、或いはロボットアームM上に設置されている)、前述の方位角は90度よりも大きい或いは小さい可能性が高い。但し方位角の差異は位置移動量dの計算に影響しない。   As shown in FIGS. 2B and 3B, the difference between the azimuth angles of the first surface E1 and the second surface E2 can be 90 degrees. In FIG. 2B as an example, the first camera device 210 is limited to the shooting direction, and it is difficult to shoot the position movement amount d in the Z direction of the first non-deformed speckle image, and the second camera device 220 2. It is difficult to capture the position movement amount d of the non-deformed speckle image in the X direction. Therefore, according to the azimuth difference between the first surface E1 and the second surface E2, the present embodiment method can determine the position movement amount d of the object O from different directions. The point to be particularly described is that the azimuth of 90 degrees is for obtaining the amount of position movement d in each axis direction of the coordinate system, and when the surface of the object O is irregular (for example, when the object O is Or installed on the robot arm M), the azimuth angle is likely to be larger or smaller than 90 degrees. However, the difference in the azimuth does not affect the calculation of the position movement amount d.

引き続き図4をご参照頂きたい。その図面は本実施方法の誤差補償装置100をロボットアームMに応用する際のイメージ図である。誤差補償装置100は二つ以上のカメラモジュール200を含むことも可能で、且つ二つのカメラモジュール200の位置はそれぞれオブジェクトOの両側に対応する。図4で示している通り、ロボットアームMの方が長いため、自身の重量が末端での非幾何学的誤差を生じさせる可能性がある。オブジェクトOの両側にカメラモジュール200を設置することで、より精確に第一表面E1および第二表面E2の位置移動量dを検測することが出来る。また、誤差補償装置100は直接ロボットアームM上に設置する以外に、ゼロ負荷フレーム(unloading frame)のオブジェクトO上に設置することも可能で、且つオブジェクトO自体に想定外の変形が生じることを避けるために、前述のオブジェクトOは不変鋼(Invariable Steel)(インバー(登録商標))或いはゼロ膨張ガラスセラミック材質とすることが可能。 Please refer to FIG. The drawing is an image diagram when the error compensating apparatus 100 of the present embodiment is applied to the robot arm M. The error compensating apparatus 100 may include two or more camera modules 200, and the positions of the two camera modules 200 correspond to both sides of the object O, respectively. As shown in FIG. 4, since the robot arm M is longer, its own weight may cause a non-geometric error at the distal end. By disposing the camera modules 200 on both sides of the object O, it is possible to more accurately measure the position movement amount d of the first surface E1 and the second surface E2. In addition to directly installing the error compensating device 100 on the robot arm M, the error compensating device 100 can be installed on an object O of a zero-loading frame (unloading frame), and unexpected deformation of the object O itself may occur. To avoid, the aforementioned object O can be made of Invariable Steel (Invar® ) or a zero-expansion glass-ceramic material.

図4では多段の連桿を持つロボットアームMの例を示しており、カメラモジュール200はオブジェクトO或いはロボットアームM上に設置することが可能で、且つ誤差補償装置100は多数のカメラモジュール200を含むことが可能。ロボットアームMの台座を基準店として、全てのカメラモジュール200の位置移動量dは次のカメラモジュール200の位置を校正するために利用されるため、照合モジュール300は全てのカメラモジュール200に対してその位置移動量dを校正することが可能。それによって各カメラモジュール200のロボットアームM上における位置誤差を求めてから、ロボットアームMの各部位に対して、ロボットアームM末端のアクチュエータに至るまで逐一校正補償を行なう。   FIG. 4 shows an example of a robot arm M having a multi-stage connecting rod. The camera module 200 can be installed on the object O or the robot arm M, and the error compensation device 100 can Can be included. With the pedestal of the robot arm M as a reference store, the position movement amount d of all camera modules 200 is used to calibrate the position of the next camera module 200. It is possible to calibrate the position movement amount d. Thus, after the position error of each camera module 200 on the robot arm M is obtained, calibration compensation is performed for each part of the robot arm M up to the actuator at the end of the robot arm M one by one.

上述の実施方法により、本実施方法はロボットアームM或いはその他自動化設備の誤差補償に応用することが可能で、且つ本実施方法は誤差の最終結果に対して測量および補償を行なうため、各種誤差原因および修正方法を個別に考えずに済み、補償結果がより精確になるだけでなく、同時に誤差補償の困難度も低下させている。   According to the above implementation method, the implementation method can be applied to the error compensation of the robot arm M or other automation equipment, and the implementation method performs surveying and compensation on the final result of the error, so that various error sources can be obtained. In addition, it is not necessary to consider the correction method individually, so that not only is the compensation result more accurate, but also the difficulty of error compensation is reduced.

図5をご参照頂きたい。本発明のもう一つの実施方法に基づき、一種の誤差補償方法500を提供する。以下のステップを含む:ステップ510は一つの第一カメラ装置210および一つの第二カメラ装置220を含む少なくとも一つのカメラモジュール200を提供する。ステップ520はカメラモジュール200のオブジェクトOに対する一つの空間座標系を構築する。ステップ530は第一カメラ装置210を操作してオブジェクトOの一つの第一表面E1上の複数第一非変形なスペックル画像P1、P1'を撮影。ステップ540は第二カメラ装置220を操作してオブジェクトOの一つの第二表面E2上の複数第二非変形なスペックル画像P2、P2'を撮影、そのうち第一表面E1と第二表面E2はオブジェクトOに対して一方位角の差がある。ステップ550は第一表面E1と第二表面E2の位置移動前後における二つの第一非変形なスペックル画像P1、P1'および二つの第二非変形なスペックル画像P2、P2'を照合。ステップ560は二つの第一非変形なスペックル画像P1、P1'および二つの第二非変形なスペックル画像P2、P2'に基づき第一表面E1および第二表面E2の前述の空間座標系における位置移動量dを計算。ステップ570は前述の位置移動量dに基づきオブジェクトOの移動を制御。   Please refer to FIG. According to another embodiment of the present invention, a kind of error compensation method 500 is provided. The method includes the following steps: Step 510 provides at least one camera module 200 including one first camera device 210 and one second camera device 220. Step 520 constructs one spatial coordinate system for the object O of the camera module 200. In step 530, the first camera device 210 is operated to photograph a plurality of first non-deformed speckle images P1 and P1 'on one first surface E1 of the object O. Step 540 operates the second camera device 220 to capture a plurality of second non-deformed speckle images P2 and P2 ′ on one second surface E2 of the object O, of which the first surface E1 and the second surface E2 are There is a one-sided angle difference with respect to the object O. Step 550 compares the two first non-deformed speckle images P1 and P1 ′ and the two second non-deformed speckle images P2 and P2 ′ before and after the position movement of the first surface E1 and the second surface E2. Step 560 is based on the two first non-deformed speckle images P1, P1 'and the two second non-deformed speckle images P2, P2' in the aforementioned spatial coordinate system of the first surface E1 and the second surface E2. Calculate the position movement amount d. Step 570 controls the movement of the object O based on the above-mentioned position movement amount d.

本誤差補償方法500の詳しい実施方法は前述の誤差補償装置100で述べられているのと同様であるため、ここでは再度詳細説明はしない。本実施方法はオブジェクトO上のいずれの位置の最終位置移動結果を直接測量し、且つそれに基づいて校正を行う。現有技術の、例えば各種熱誤差模型、力分析模型の構築、さらに逐一校正補償を行なう方法に比べ、本誤差補償方法500はよりスピーディーかつ精確な効果を具えている。同時に、いずれの位置の位置移動結果に対しても校正を行ない、部品組み立て時のバックラッシュ誤差や部品自体のサイズ誤差について考慮する必要も無いため、校正補償作業をより単純化させることが可能である。   The detailed implementation method of the error compensation method 500 is the same as that described in the above-described error compensation apparatus 100, and thus will not be described again in detail. In this embodiment, the final position movement result of any position on the object O is directly measured, and calibration is performed based on the measured result. The error compensation method 500 has a faster and more accurate effect than the existing technology, for example, a method of constructing various thermal error models and force analysis models, and further performing calibration compensation one by one. At the same time, calibration is performed for any position movement results, and there is no need to consider backlash errors during component assembly and size errors of the components themselves, thus simplifying calibration compensation work. is there.

一つの実施例において、前述の誤差補償方法500の空間座標系は直角座標系或いは円柱座標系とすることが可能。   In one embodiment, the spatial coordinate system of the error compensation method 500 described above can be a rectangular coordinate system or a cylindrical coordinate system.

一つの実施例において、前述の誤差補償方法500の位置移動量dは長さ或いは角度とすることが可能。   In one embodiment, the position movement amount d of the above-described error compensation method 500 can be a length or an angle.

一つの実施例において、前述の誤差補償方法500の方位角は90度とすることが可能。   In one embodiment, the azimuth of the error compensation method 500 described above may be 90 degrees.

一つの実施例において、前述の誤差補償方法500のオブジェクトOは一つのロボットアームM上に設置することが可能。   In one embodiment, the object O of the error compensation method 500 described above can be installed on one robot arm M.

一つの実施例において、前述の誤差補償方法500のオブジェクトOは不変鋼(Invariable Steel)(インバー(登録商標))或いはゼロ膨張ガラスセラミック材質とすることが可能。
In one embodiment, the object O of the above-described error compensation method 500 can be Invariable Steel (Invar® ) or a zero-expansion glass-ceramic material.

一つの実施例において、前述の誤差補償方法500の第一表面E1および第二表面E2の位置移動量dは絶対誤差値の和(Sum of Absolute Differences,SAD)、二乗誤差(Sum of Squared Differences,SSD)、頑健な特徴量の高速化(Speeded Up Robust Features,SURF)、スケール不変の特徴変換(Scale Invariant Feature Transform, SIFT)、或いは正規化相互相関(Normalized Cross Correlation, NCC)によって計算する。   In one embodiment, the displacement amount d of the first surface E1 and the second surface E2 of the above-described error compensation method 500 is the sum of absolute error values (Sum of Absolute Differences, SAD), the sum of square errors (Sum of Squared Differences, SSD), speeded up robust features (SURF), scale-invariant feature transform (SIFT), or normalized cross-correlation (NCC).

一つの実施例において、前述の誤差補償方法500のカメラモジュール200の数は二つであり、且つ二つのカメラモジュール200はそれぞれ対応するオブジェクトOの両側に位置する。   In one embodiment, the number of camera modules 200 of the error compensation method 500 is two, and the two camera modules 200 are located on both sides of the corresponding object O, respectively.

本発明は前述の中で既に優れた方の実施例を公開している。しかしながら本項技術に精通する者は、当該実施例は本発明を描画するためのものであり、本発明の範囲の制限と解読するべきではないことを理解するべきである。注意すべきことは、全て当該実施例と等しい変化および置換は、全て本発明の範疇内に含まれるものとすべきことである。そのため、本発明の保護範囲は特許範囲申請により定められたものを基準とすること。   The present invention has disclosed a superior embodiment among the above. However, those skilled in the art should understand that the embodiments are for the purpose of drawing the present invention and should not be interpreted as limiting the scope of the present invention. It should be noted that all changes and substitutions equivalent to the embodiment should be included in the scope of the present invention. Therefore, the scope of protection of the present invention shall be based on the one defined by the patent scope application.

100 誤差補償装置
200 カメラモジュール
210 第一カメラ装置
220 第二カメラ装置
300 照合モジュール
400 校正補償モジュール
500 誤差補償方法
510〜570 ステップ
d 位置移動量
E1 第一表面
E2 第二表面
P1、P1’ 第一非変形なスペックル画像
P2、P2’ 第二非変形なスペックル画像
M ロボットアーム
O オブジェクト
100 Error Compensation Device 200 Camera Module 210 First Camera Device 220 Second Camera Device 300 Matching Module 400 Calibration Compensation Module 500 Error Compensation Method 510-570 Step d Positional Movement E1 First Surface E2 Second Surface P1, P1 ′ First Non-deformed speckle images P2, P2 'Second non-deformed speckle image M Robot arm O Object

Claims (10)

一種の誤差補償装置で、一つのオブジェクトの位置移動の誤差の検測ならびに補償のために用いる、当該誤差補償装置は以下を含む:
少なくとも一つのカメラモジュール、それは当該オブジェクトに対する一つの空間座標系を構築し、且つ当該カメラモジュールは以下を含む:
一つの第一カメラ装置、当該オブジェクトの第一表面に対応し、当該第一表面上の複数第一非変形なスペックル画像を撮影する、及び
一つの第二カメラ装置、当該オブジェクトの第二表面に対応し、当該第二表面上の複数第二非変形なスペックル画像を撮影する、且つ当該第一表面および当該第二表面はオブジェクトに対して一方位角の差がある、
一つのデータベース、事前に撮影した当該第一表面と当該第二表面上の各位置の模様画像を保存する、
一つの照合モジュール、当該第一表面と当該第二表面が位置移動した際、当該照合モジュールは位置移動前後の二つの当該第一非変形なスペックル画像および第二非変形なスペックル画像と、当該データベースに保存した模様画像及び位置とをそれぞれ照合し、それに基づいて当該第一表面および当該第二表面の当該空間座標系における位置移動量を計算する、及び
一つの校正補償モジュール、当該オブジェクトに連接し、当該校正補償モジュールは当該照合モジュールより当該位置移動量を受信した後、当該位置移動量に基づいて当該オブジェクトの移動を制御する。
A kind of error compensator, which is used for detecting and compensating for an error in movement of a position of an object, the error compensator includes:
At least one camera module, which constructs one spatial coordinate system for the object, and the camera module includes:
One first camera device, corresponding to a first surface of the object, capturing a plurality of first non-deformed speckle images on the first surface, and one second camera device, a second surface of the object Corresponding to, taking a plurality of second non-deformed speckle images on the second surface, and the first surface and the second surface have a difference in one angle with respect to the object,
One database, save the pattern image of each position on the first surface and the second surface taken in advance,
One collation module, when the first surface and the second surface are moved, the collation module, the two first non-deformed speckle images and the second non-deformed speckle images before and after the position movement , The pattern image and the position stored in the database are collated with each other, and the amount of position movement of the first surface and the second surface in the spatial coordinate system is calculated based on the pattern image and the position. Connected, the calibration compensation module controls the movement of the object based on the position movement amount after receiving the position movement amount from the matching module.
請求項1で述べた誤差補償装置について、その内の当該位置移動量は長さ或いは角度である。   In the error compensating device described in claim 1, the position movement amount is a length or an angle. 請求項1で述べた誤差補償装置について、その内の当該オブジェクトは一つのロボットアーム上に設置されている。   In the error compensating apparatus according to claim 1, the object is set on one robot arm. 請求項1で述べた誤差補償装置について、その内の当該オブジェクトは不変鋼或いはゼロ膨張ガラスセラミック材質である。   In the error compensator according to claim 1, the object is made of invariable steel or zero expansion glass ceramic material. 請求項1で述べた誤差補償装置について、その内の当該カメラモジュールの数は二つで、且つ二つの当該カメラモジュールはそれぞれ当該オブジェクトの両側に位置する。   In the error compensation device described in claim 1, the number of the camera modules is two, and the two camera modules are respectively located on both sides of the object. 一種の誤差補償方法で、一つのオブジェクトの位置移動の誤差の検測ならびに補償に用いる、当該誤差補償方法は以下を含む:
第一カメラ装置および第二カメラ装置を含む少なくとも一つのカメラモジュールを提供、
カメラモジュールのオブジェクトに対する一つの空間座標系を構築、
当該第一カメラ装置を操作して当該オブジェクトの一つの第一表面上の複数第一非変形なスペックル画像を撮影、
当該第二カメラ装置を操作して当該オブジェクトの一つの第二表面上の複数第二非変形なスペックル画像を撮影、そのうち当該第一表面と当該第二表面は当該オブジェクトに対して一方位角の差がある、
当該第一表面と当該第二表面上の各位置の模様画像を事前に撮影し、データベースに保存する、
当該第一表面と当該第二表面の位置移動前後における二つの当該第一非変形なスペックル画像および二つの当該第二非変形なスペックル画像と、当該データベースに保存した模様画像及び位置とを照合、
二つの当該第一非変形なスペックル画像および二つの当該第二非変形なスペックル画像に基づき当該第一表面および当該第二表面の当該空間座標系における位置移動量を計算、及び
当該位置移動量に基づきオブジェクトの移動を制御。
A kind of error compensation method, which is used for detecting and compensating for an error in movement of a position of one object, the error compensation method includes:
Providing at least one camera module including a first camera device and a second camera device,
Build one spatial coordinate system for camera module objects,
Operate the first camera device to capture a plurality of first non-deformed speckle images on one first surface of the object,
Operate the second camera device to capture a plurality of second non-deformed speckle images on one second surface of the object, wherein the first surface and the second surface are one-sided with respect to the object. There is a difference,
The first surface and the pattern image of each position on the second surface are photographed in advance and saved in a database,
The two first non-deformed speckle images and the two second non-deformed speckle images before and after the position movement of the first surface and the second surface, and the pattern image and the position stored in the database. Collation,
Calculating the amount of position movement of the first surface and the second surface in the spatial coordinate system based on the two first non-deformed speckle images and the two second non-deformed speckle images; and Controls object movement based on volume.
請求項6で述べた誤差補償方法について、その内の当該位置移動量は長さ或いは角度である。   In the error compensation method described in claim 6, the position movement amount is a length or an angle. 請求項6で述べた誤差補償方法について、以下を含む:
当該オブジェクトを一つのロボットアーム上に設置する。
The error compensation method according to claim 6 includes:
The object is set on one robot arm.
請求項6で述べた誤差補償方法について、その内の当該オブジェクトは不変鋼或いはゼロ膨張ガラスセラミック材質である。   In the error compensation method as set forth in claim 6, the object is invariant steel or zero expansion glass ceramic material. 請求項6で述べた誤差補償方法について、その内の当該カメラモジュールの数は二つであり、且つ二つのカメラモジュールはそれぞれ対応する当該オブジェクトの両側に位置する。
In the error compensation method described in claim 6, the number of the camera modules is two, and the two camera modules are respectively located on both sides of the corresponding object.
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